轮毂封严对涡轮端区流动影响的数值研究

为了研究轮毂封严对涡轮端区流动的影响,对转/静叶片之间带有封严腔的某单级涡轮进行三维定常数值模拟。结果表明,封严流量对涡轮效率影响较大,2.0%的封严流量使涡轮级效率降低约1.6%;封严气流受到转子前缘位势场的影响,与主流在径向上存在着动量差,两股气流在转子进口处相互剪切形成剪切诱导涡。剪切诱导涡对轮毂通道涡的贡献较大,是端区二次流损失的主要来源。采用与转子旋转方向相同的喷射方向并增大喷射角度对减小攻角损失以及封严气流与主流的掺混损失是非常有利的。     

可调向心涡轮蜗壳流动周向非均匀性的研究

针对某可调向心涡轮增压器,基于蜗壳流动周向非均匀性的分布规律,提出采用改进喷嘴座连接臂结构和非均匀布置可调导叶的设计方案,以降低涡轮级各部分的流动损失,提高涡轮效率.结果表明:改型后涡轮工作在发动机标定功率工况对应相似转速条件下效率相对提高值最大为5.18%,,发动机最大转矩工况对应相似转速条件下效率相对提高值最大为3.57%,;改型后蜗壳出口气流角变得更加均匀,蜗壳出口气流角与导叶开度角相接近,减小了喷嘴环区域的流动损失,解释了改型前、后涡轮效率提高的原因;改型后各叶轮流道流量的周向非均匀性明显降低,各叶轮叶片负荷周向分布更加均匀.证明改型方案对提高涡轮效率,降低叶片振动,延长涡轮有效使用寿命具有积极的影响.     

带小翼肋条的涡轮叶尖泄漏流场的数值模拟

对叶尖吸力面带小翼肋条的某一轴流转子叶尖间隙泄漏流场进行了数值研究,分析了在不同肋条宽度下泄漏流场细节,并对涡轮效率进行了计算.结果表明:涡轮叶尖单吸力边小翼肋条总体上减小叶尖表面压差,使得吸力面后半部分泄漏流速度减小,从而减小泄漏流动损失,但会增大通道内流动损失,使涡轮转子效率下降;小翼肋条宽度有一个最佳值,小间隙下增大肋条宽度使得涡轮转子效率降低,大间隙下增大肋条宽度却使得涡轮转子效率提高;吸力边小翼肋条改变了叶尖吸力边附近的流场,对压力边附近泄漏流动结构影响不大.     

带喷嘴双通道混流涡轮的性能及流动损失机理

研究了带喷嘴双通道蜗壳的混流涡轮在不同进气条件下的涡轮性能,对比分析了近叶根进气和近叶尖进气两种部分进气工况下的流场分布,探讨了不同进气工况下的流动损失机理.结果表明:近叶尖进气和近叶根进气两种工况的流通能力相同,但后者效率高1.5%～2.5%.损失分布分析表明,近叶尖进气和近叶根进气工况下蜗壳内流动损失基本一致,但前者喷嘴内损失较高,而后者叶轮内的损失高.流场分析表明,近叶尖进气时喷嘴进口气流攻角过大导致吸力面前缘发生高强烈流动分离而产生大范围高熵增,而近叶根进气时叶轮通道内产生大尺度的"旋风涡"并产生高熵增.这两个流通部件内的流场特征差别是不同进气条件下涡轮性能差异的产生机制.该研究为带有双通道蜗壳的涡轮气动优化设计提供了理论基础.     

蜗壳型线对喷嘴出口速度场影响的研究

用心形线表征了一种涡轮增压器无叶壳梨形流道横截面轮廓,用有限差分法计算了涡轮增压器蜗壳流场,分析了无叶喷嘴出口气流速度和气流角的分布,经与测量结果比较两者吻合较好。在此基础上,研究了三种不同蜗壳型线对喷嘴出口速度场的影响。结果表明,C型线蜗壳喷嘴出口的总速度v和气流角α分布均匀,A、B型线蜗壳喷嘴出口的总速度v和气流角α分布不均匀。     

涡轮增压器蜗壳形状对其喷嘴出口速度场的影响

用心形线表征了一种涡轮增压器无叶蜗壳梨形流道横截面轮廓，用有限差分法计算了涡轮增压器蜗壳流场，分析了无叶喷嘴出口气流速度和气流角的分布，经与测量结果比较，两者吻合较好。在此基础上，研究了三种不同蜗壳型线对喷嘴出口速度场的影响。结果表明，C型线蜗壳喷嘴出口的总速度v和气流角α分布均匀，A，B型线蜗壳喷嘴出口的总速度v和气流角α分布不均匀。     

带有可调导叶的径流涡轮气动特性的研究

采用数值模拟的方法对单级径向涡轮在导向叶栅的不同开度、不同工况下的全流场进行了三维模拟分析。研究表明,可调导叶对涡轮性能的影响是叶栅收敛度、气流冲角与出气角的综合影响。在综合考虑了导叶损失以及叶轮损失的基础上,提出了变几何径向涡轮随速比变化的调节方案。     

车用增压器涡轮内部脉动流场仿真研究

为了解车用增压器涡轮在脉冲进气条件下的性能,改善涡轮与发动机的匹配,采用数值模拟方法研究了径流有叶涡轮内部脉动流场。针对涡轮瞬时效率的计算,特别采用了相位平移方法。研究结果表明:由于涡轮级进口脉动气流的影响,涡轮流量和效率变化相对于压比均出现了滞后现象;脉动周期内转子进口攻角变化对叶轮内部速度场起主要影响作用;转子功率变化规律与涡轮级进口压力变化一致;适当提高涡轮设计流量能够增加涡轮有效利用发动机废气能量的能力。     

某型涡轮过渡段机匣子午型线数值研究

为了研究某型涡轮过渡段气动性能,采用数值模拟方法研究了子午型线对某带支板的涡轮过渡段气动性能和流场特性的影响,探讨了四种机匣型线时过渡段及上游高压涡轮的气动参数分布及流动情况,并给出了不同方案时总损失对比分析。结果表明,过渡段机匣子午型线对上游高压涡轮的影响不大,仅方案Case_1的气流角发生了明显变化。由于不同的过渡段子午型线使得流道中的静压分布发生变化,气流逆压梯度的变化引起机匣附近的流动分离改变,进而使得过渡段出口的损失变化,极大地影响过渡段的整体气动性能。     

向心涡轮可调导叶间隙流动的数值研究

应用数值方法对某型向心涡轮的可调导叶间隙流动结构及其涡轮性能的影响作了分析,间隙尺寸分别为1%、2%、4%叶高.计算结果表明:间隙加大,涡轮效率下降,流量增加,间隙流动所造成的流动损失是结构阻力型的.间隙对涡轮性能的影响主要来自于叶轮进口气流冲角的增加与叶轮反动度的提高.简单地修正导向叶栅的流动效率,不能反映间隙对涡轮整体性能的影响.     

气冷涡轮转子变叶尖间距性能试验及数值研究

为量化评估工程应用的气冷低压涡轮带冠转子叶片的叶尖间距大小对涡轮气动性能的影响,综合现有涡轮部件试验能力,以单级轴流低压涡轮性能试验件为基础,通过控制圆度的机加方式磨削转子外环内壁以实现叶尖间距的变化,采用控制冷气流量比的方法,开展5次不同叶尖间距大小的涡轮级性能试验,得到多工况下涡轮效率、换算流量和换算功率等特性参数。采用加载冷气及考虑转子叶冠结构的数值模型进行三维仿真计算,并与试验结果对比分析。研究表明：叶尖间距由0.6 mm增加至3.2 mm,低压涡轮流通能力增大1%,叶冠泄漏量增多3.4%,但做功能力下降2.3%。涡轮效率变化与叶尖间距大小近似呈线性关系,叶尖间距每增加1 mm,效率约降低0.7%,同时,叶尖间距的增加导致了叶冠腔的旋涡结构、气流掺混及主流入侵强度逐渐增大,引起动叶总压损失的增大,叶尖间距增加至3.2 mm导致叶间位置总压损失由0.88增至2.3。     

Numerical Investigation of the Interaction between Mainstream and Tip Shroud Leakage Flow in a 2-Stage Low Pressure Turbine

The pressing demand for future advanced gas turbine requires to identify the losses in a turbine and to understand the physical mechanisms producing them. In low pressure turbines with shrouded blades, a large portion of these losses is generated by tip shroud leakage flow and associated interaction. For this reason, shroud leakage losses are generally grouped into the losses of leakage flow itself and the losses caused by the interaction between leak- age flow and mainstream. In order to evaluate the influence of shroud leakage flow and related losses on turbine performance, computational investigations for a 2-stage low pressure turbine is presented and discussed in this paper. Three dimensional steady multistage calculations using mixing plane approach were performed including detailed tip shroud geometry. Results showed that turbines with shrouded blades have an obvious advantage over unshrouded ones in terms of aerodynamic performance. A loss mechanism breakdown analysis demonstrated that the leakage loss is the main contributor in the first stage while mixing loss dominates in the second stage. Due to the blade-to-blade pressure gradient, both inlet and exit cavity present non-uniform leakage injection and extrac- tion. The flow in the exit cavity is filled with cavity vortex, leakage jet attached to the cavity wall and recircula- tion zone induced by main flow ingestion. Furthermore, radial gap and exit cavity size of tip shroud have a major effect on the yaw angle near the tip region in the main flow. Therefore, a full calculation of shroud leakage flow is necessary in turbine performance analysis and the shroud geometric features need to be considered during turbine design process.     

围带及拉筋间隙装配的汽轮机末级长叶片的试验研究

阐述了汽轮机末级长叶片围带及拉筋的设计方法,通过对叶片的有限元分析确定围带及拉筋间隙,同时通过试验来验证有限元分析结果的精确性,掌握该结构叶片的设计原理和分析方法,为开发该结构的新叶片提供理论依据,以便满足汽轮机安全、可靠、高效运行要求。     

Experimental Study on Impingement and Film Overall Cooling Characteristics of Turbine Shroud

Based on the variable characteristics of the actual operating conditions of the turbine shroud and the purpose of improving the cooling effect of the turbine shroud,this paper builds a test system of the impingement-film cooling shroud with two gas inlet angles(90°,167°).The effects of film cooling hole arrangement,gas inlet angle,blowing ratio(0.7,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0)and temperature ratio(1.2,1.3,1.4,1.5,1.6)on the cooling characteristics of the impingement-film cooling shroud were experimentally studied by infrared temperature measurement technology,especially the effects of gas inlet angle and temperature ratio.The results showed that the film covering effect of the film cooling hole vertical or the same direction of the high-temperature gas incoming flow is better than the film covering effect of the reverse direction with the incoming flow,and the optimal arrangement of film cooling holes can improve the cooling effectiveness of the shroud.Compared with 90°intake gas,the film coverage area on the shroud surface of the 167°intake gas is expanded,and the surface average overall cooling effectiveness is increased by 1.03%to 12.6%.The overall cooling effectiveness of turbine shroud increases with the increase of blowing ratio,which increases the flow rate and pressure of cooling gas,and the corresponding increase rate is between 1.04%and 9.96%.However,the increase in the temperature ratio increases the mainstream heating capacity,resulting in a decrease in the cooling effectiveness of the shroud,with a maximum reduction rate of 11.04%.     

汽轮机转子涡动汽流激振力分析与CFD数值模拟

汽轮机转子涡动时轴心偏离静子中心产生轴系失稳的Thomas/Alford汽流激振力,传统的叶顶间隙激振力公式对此不能全面准确评估。该文综合考虑转子涡动以及围带汽封二次流,在动叶通道,根据蒸汽做功分析涡动效应激振力;在叶顶围带汽封,用CFD数值模拟泄漏蒸汽三维粘性流场,确定蒸汽激振力。研究结果表明小的静偏心和动偏心条件下,转子涡动动偏心在动叶通道诱发的激振力要大于静偏心激振力;围带汽封汽流预旋速度对间隙激振力有重要影响;调门不对称进汽也是蒸汽激振力的另一个重要来源。     

带小冠静叶片的数控加工

针对东方汽轮机厂600MW,1000 MW汽轮机低压带小冠静叶,采用集成化的先进工艺、工装和高度智能的数控加工手段来提高加工效率,减少加工与管理环节,提高叶片的加工质量从而保证机组的设计效率。     

动力涡轮有冠及无冠动叶栅顶部二次流的数值分析

建立某动力涡轮的流体分析模型,采用三维定常N-S(Navier-Stokes)方程和带转捩的SST(Shear stress transport)湍流模型,对该动力涡轮典型工况下的燃气流动状况进行了数值模拟.针对叶道内的二次流旋涡结构,分别对无冠动叶栅和有冠动叶栅顶部的间隙流、通道涡进行了分析,展示了大展弦比非气冷动叶...     

汽轮机叶顶汽封间隙内的流动损失分析

为了揭示叶顶汽封结构变化对泄漏损失的影响,提高汽轮机运行效率,数值研究了平齿汽封、高低齿汽封和侧齿汽封3种不同叶顶汽封结构下汽轮机高压转子间隙泄漏的流动形态、间隙涡系的形成机理和发展规律,研究表明:在叶顶汽封腔室复杂的周向螺旋状的涡动中,泄漏流体的周向速度是影响漩涡耗散的一个重要因素;高低齿及侧齿的汽封结构可以增强漩涡之间的相互作用,降低泄漏流体的周向速度,使漩涡在腔室内的耗散更加充分;由于掺混损失降低,高低齿及侧齿汽封的泄漏总损失较平齿汽封相比分别下降7.1%和9.8%。     

分形尾缘叶片气动性能及流场数值模拟

针对风力机存在尾流效应问题,通过在垂直轴风力机叶片尾缘布置分形孔的方法,建立分形叶片三维实体造型,进行了分形叶片和原始叶片三维非定常不可压流动的分析,得出叶片绕流流场数值模拟结果,重点研究具有分形特征的尾缘对叶片尾流流场及叶片气动特性的影响。结果表明:分形叶片对改善叶片尾流流场有较显著作用。在8°~18°攻角范围内,分形叶片升、阻力系数随攻角变化波动性小于原始叶片;当攻角大于原始叶片失速攻角时,这种波动性差距更大。分形孔的存在使叶片周围流场结构及气动参数对攻角变化敏感性降低:在攻角大于原始叶片失速攻角时,分形叶片阻力系数随攻角变化标准差仅为原始叶片的0.6倍,升力系数标准差仅为原始叶片0.4倍。研究结果将改善垂直轴风力机叶片尾流互相干扰及水平轴风力机叶尖脱落涡情况。     

超低水头轴流式水轮机CFD优化及流动特性研究

结合某水电站改造要求,研发了一种设计水头为2.75 m的超低水头轴流式水轮机并对其性能进行优化,以达到有效利用低水头水力资源的目的。基于不可压缩连续方程及雷诺时均Navier-Stokes方程,采用Spalart-Allmaras湍流模型和SIMPLEC算法对轴流式水轮机进行三维全流场数值模拟,分别分析了轴流式转轮叶片翼型、轮毂比、导叶开度及安放角对水轮机性能的影响,并对最优模型进行实测验证。结果表明,在满足设计水头为2.75 m的情况下,选用配置叶片B、轮毂比为0.30、叶片相对安放角为-2°的水轮机,当导叶相对开度为0°时,装置水力损失最小,最高效率达83.7%,且数值模拟计算所得出力与实测结果误差小于099%,表明基于CFD的数值模拟对超低水头轴流式水轮机的性能预测精度较高。